理論力學

本書根據力學基礎課程教學指導分委員會制定的“理論力學課程教學基本要求”和“卓越工程師教育培養計劃”編寫而成。

本書共分為3篇：靜力學、運動學、動力學。在編寫過程中，編者借鑒國內外優秀教材並結合多年的教學經驗，注重增強對理論的理解與應用，並引入了許多工程實例，將理論與實際緊密聯繫，幫助學生理解學習“理論力學”的意義及應用。每章配置了適量的習題，以助於學生通過練習掌握基本理論、基本方法和計算技能。

本書內容全面，適合高等工科院校學生使用，也可供相關技術人員學習參考。

《理論力學》是“卓越工程師教育培養計劃配套教材”系列教材之一，是依據教育部力學基礎課程教學指導分委員會制定的“理工科非力學專業基礎力學課程教學基本要求”中“理論力學課程教學要求”和“卓越計劃”要求而編寫。卓越工程師培養是一種全新的工程人才培養模式，要求工科學校所培養的畢業生能適應社會不斷變化的需求，在工程實際與應用中能很快上手，通過工程實踐將理論與實踐相結合，快速成為滿足社會與工程實踐所需要的優秀工程師。

上海工程技術大學是教育部提出的“卓越工程師教育培養計劃”首批試點高校之一，卓越培養試點專業從汽車車輛工程、城市軌道交通車輛工程擴展到機械工程等。為了更好地配合“卓越計劃”的開展與實施，編者對卓越班級的“理論力學”課程進行了改革探索，根據上海工程技術大學以培養應用型工程師為主的“理論力學”課程教學體系的教學改革與實踐編寫了本書。

本書立足於“中少學時”，理論闡述力求由淺入深，文字簡潔，講授基礎知識與方法，適當加入一些專題內容，以便學生自學；同時加強學生工程概念，突出力學在工程實際中的應用，努力編入一些密切結合工程實際的例題與習題，以供教師選用和學生練習。為了加深學生對基本概念的理解，同時提高學生用理論力學基本原理分析問題、解決問題的能力，本書在例題講述中著重闡述了分析問題的思路、解決問題的方法與解題書寫過程的步驟。注重一題多解開拓學生思維，培養學生運用力學知識解決實際問題的能力。本書適合高等工科院校非力學專業中學時的理論力學課程使用。

本書由上海工程技術大學機械工程學院工程力學教學部編寫，曹麗傑編寫第1~3章，潘穎編寫第4章、第5章、第13章、第14章，劉立厚編寫第6~12章、第15章。全書由劉立厚任主編。

在編寫過程中，編者參考了國內外眾多同類優秀教材，吸取了它們的長處，選用了其中的部分例題和習題。需要指出的是，除了已列出參考文獻的書目外，編者也參考了其他很多相關書目和資料，限於篇幅難以逐一列出，編者在此一併對其作者表示衷心的感謝。

由於編者的水平有限，教材中難免有不妥和錯誤之處，懇請廣大讀者批評指正。

編者2016年5月

緒論

第Ⅰ篇靜力學

第1章靜力學公理與物體的受力分析

1.1靜力學的基本概念

1.1.1剛體的概念

1.1.2力的概念

1.2靜力學公理

1.3約束與約束力

1.3.1自由體與非自由體，約束與約束力

1.3.2工程中常見約束的基本類型及其約束力

1.4物體的受力分析與受力圖

思考題

習題

第2章平面特殊力系

2.1平面匯交力系合成與平衡的幾何法

2.1.1平面匯交力系合成的幾何法，力的多邊形法則

2.1.2平面匯交力系平衡的幾何條件

2.2平面匯交力系合成與平衡的解析法

2.2.1力在坐標軸上的投影

2.2.2合力投影定理

2.2.3平面匯交力系合成和平衡的解析法

2.3平面力對點之矩·合力矩定理

2.3.1力矩

2.3.2合力矩定理與力矩的解析表達式

2.4平面力偶

2.4.1力偶與力偶矩

2.4.2力偶的性質

2.4.3平面力偶系的合成

2.4.4平面力偶系的平衡條件

思考題

習題

第3章平面一般力系

3.1平面一般力系的簡化

3.1.1力的平移定理

3.1.2平面一般力系向作用面內一點簡化·主矢與主矩

3.1.3平面一般力系的簡化結果分析

3.2平面一般力系的平衡條件和平衡方程

3.2.1平面一般力系平衡方程的基本形式

3.2.2平面平行力系的平衡條件

3.3物系的平衡·靜定與超靜定問題

3.4平面簡單桁架的內力計算

3.4.1節點法計算桁架的內力

3.4.2截面法計算桁架桿件的內力

思考題

習題

第4章空間力系

4.1空間匯交力系

4.1.1力在直角坐標軸上的投影與分解

4.1.2空間匯交力系的合成與平衡

4.2力對點的矩和力對軸的矩

4.2.1力對點的矩以矢量表示——力矩矢

4.2.2力對軸的矩

4.2.3力對點之矩與力對軸之矩的關係

4.3空間力偶

4.3.1力偶矩矢

4.3.2空間力偶等效定理

4.3.3空間力偶系的合成與平衡

4.4空間任意力系向一點簡化·主矢和主矩

4.4.1力系向一點簡化·主矢和主矩

4.4.2空間任意力系的簡化結果

4.5空間任意力系的平衡方程及應用

4.5.1空間任意力系的平衡方程

4.5.2空間約束類型

4.5.3空間任意力系平衡問題舉例

4.6重心

4.6.1平行力系中心

4.6.2重力中心

4.6.3確定物體重心位置的方法

思考題

習題

第5章摩擦

5.1滑動摩擦

5.1.1摩擦的概念

5.1.2滑動摩擦力

5.2摩擦角和自鎖現象

5.2.1摩擦角

5.2.2自鎖現象

5.3考慮摩擦時的平衡問題

5.4滾動摩阻的概念

思考題

習題

第Ⅱ篇運動學

第6章點的運動學

6.1矢量法

6.1.1運動方程

6.1.2點的位移和速度

6.1.3點的加速度

6.2直角坐標法

6.2.1運動方程·軌跡

6.2.2點的速度

6.2.3點的加速度

6.3自然法

6.3.1弧坐標及運動方程

6.3.2自然軸系

6.3.3點的速度

6.3.4點的切向加速度和法向加速度

思考題

習題

第7章剛體的基本運動

7.1剛體的平行移動

7.2剛體的定軸轉動

7.2.1轉動方程

7.2.2角速度與角加速度

7.3定軸轉動剛體內各點的速度和加速度

7.4定軸轉動剛體的傳動比

7.5角速度、角加速度的矢量表示以及點的速度與加速度的矢積表示

思考題

習題

第8章點的合成運動

8.1點的合成運動的概念

8.2點的速度合成定理

8.3牽連運動為平動時點的加速度合成定理

8.4牽連運動為轉動時點的加速度合成定理

思考題

習題

第9章剛體的平面運動

9.1剛體平面運動的簡化和分解

9.1.1剛體的平面運動簡化為平面圖形的運動

9.1.2剛體平面運動的描述

9.1.3剛體的平面運動分解為平動和轉動

9.2求平面圖形內各點的速度

9.2.1基點法(合成法)

9.2.2速度投影法

9.2.3速度瞬心法

9.3用基點法求平面圖形內各點的加速度

思考題

習題

第Ⅲ篇動力學

第10章質點動力學

10.1動力學的基本定律

10.2質點運動微分方程

10.3質點在非慣性參考系中的運動

思考題

習題

第11章動量定理

11.1動量與衝量

11.1.1動量

11.1.2衝量

11.2動量定理

11.2.1質點的動量定理

11.2.2質點系的動量定理

11.2.3質點系動量守恆定律

11.3質心運動定理

11.3.1質心運動定理

11.3.2質心運動守恆定理

思考題

習題

第12章動量矩定理

12.1轉動慣量

12.1.1剛體對軸的轉動慣量

12.1.2迴轉半徑

12.1.3具有規則幾何形狀的均勻剛體的轉動慣量

12.1.4轉動慣量的平行軸定理

12.1.5計算轉動慣量的組合法

12.2質點和質點系的動量矩

12.2.1質點的動量矩

12.2.2質點系的動量矩

12.3動量矩定理

12.3.1質點的動量矩定理

12.3.2質點系的動量矩定理

12.3.3質點系的動量矩守恆

12.4剛體繞定軸轉動的微分方程

12.5質點系相對質心的動量矩定理

12.6剛體平面運動微分方程

思考題

習題

第13章動能定理

13.1力的功

13.2質點和質點系的動能

13.3動能定理

13.3.1質點的動能定理

13.3.2質點系的動能定理

13.3.3理想約束及內力做功

13.4功率功率方程

13.4.1功率

13.4.2功率方程

13.4.3機械效率

13.5勢力場、勢能和機械能守恆定律

13.5.1勢力場

13.5.2勢能

13.5.3機械能守恆定律

13.6普遍定理的綜合應用舉例

思考題

習題

第14章達朗貝爾原理

14.1慣性力的概念

14.2質點及質點系的達朗貝爾原理

14.2.1質點的達朗貝爾原理

14.2.2質點系的達朗貝爾原理

14.3剛體慣性力系簡化

14.4定軸轉動剛體的軸承動約束力

14.4.1一般情況下軸承的動約束力

14.4.2定軸轉動剛體的靜平衡和動平衡的概念

思考題

習題

第15章虛位移原理

15.1約束自由度廣義坐標

15.1.1約束及其分類

15.1.2自由度廣義坐標

15.2虛位移虛功

15.2.1虛位移的概念

15.2.2虛位移的計算

15.2.3虛功

15.2.4理想約束

15.3虛位移原理

思考題

習題

第16章動力學普遍方程和第二類拉格朗日方程

16.1動力學普遍方程

16.2拉格朗日方程

思考題

習題

部分習題答案

參考文獻